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Les digues de protection côtière
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Les digues de protection côtière
Ces digues peuvent être classées en 5 catégories, chacune d’elle étant spécifique, tant pas sa nature que sa conception ou le mode de calcul qui conduit à son dimensionnement.
- Les digues à talus (ou en enrochements)
- Les digues verticales à parement plein (ou caissons pleins)
- Les digues en caissons à parois perforées (type Jarlan ou ARC)
- Les digues partielles
- Les digues articulées
Les digues à talus ou en enrochements
Elles sont constituées d’un noyau (étanche), recouvert d’un filtre (enrochements de faible dimension) et d’une carapace en enrochements (roches ou enrochements préfabriqués). Elles ont l’avantage de limiter la réflexion de la houle, mais par contre, de par la pente du talus, elles ne permettent pas l’accostage des navires.
Les limites d’installations de ces structures, résident dans le fait qu’avec la profondeur, elles nécessitent rapidement beaucoup de matériaux et leur emprise sur le milieu devient vite importante.
Ces ouvrages peuvent êtres complètement immergés (Espagne, Australie). Leur efficacité est alors plus limitée, mais l’impact sur le paysage est atténué. On les utilise lorsque le niveau de marnage est relativement faible et que les houles incidentes se propagent perpendiculairement à la côte. Leur implantation selon le cas, présente les avantages suivants :
- Retenir les sédiments de haut de plage en faisant déferler la houle avant qu’elle n’atteigne la plage.
- Minimiser l’impact de la houle sur un ouvrage imperméable lorsqu’elles sont placées en avant de celui-ci.
Pour leur dimensionnement on peut se référer à la version française du Rock Manual publié par le CETMEF.
Les digues verticales à parement plein
Ces structures présentent à la houle incidente un mur vertical plein. Elles permettent un accostage facile des navires et peuvent être envisagées dans des profondeurs plus importantes que pour les structures à talus déjà présentées, toutefois ces profondeurs restent toujours faibles. Soulignons que leur interaction avec la houle est néfaste pour le trafic maritime à l’approche des ports par le fait qu’elles réfléchissent quasiment la totalité de l’énergie incidente, générant un clapotis qui double l’agitation au niveau de la structure.. Ce phénomène accentue les phénomènes d’affouillement, ce qui, sur le long terme déstabilise la structure elle-même. Du fait de leur côté pratique, elles ont été l’objet de nombreuses études , (Goda, 1985), (Oumeraci et al., 1994 et 2001).
Remarque : Il convient ici d’ajouter les digues mixtes. Elles représentent le compromis entre les digues à talus et celles à parement plein. Elles fonctionnent comme des digues à talus à marée basse et comme des structures à parement plein à marée haute. Elles présentent l’intérêt de subir de manière plus faible l’affouillement en pied de structure de part la présence de la pseudo carapace et permettent l’accostage des navires coté port. Cette solution alternative est souvent recommandée lorsque le soubassement ne peut supporter le poids d’une digue à talus complète et que les conditions économiques sont inférieures à celle de la digue verticale.
Les digues en caissons à parois perforées (type JARLAN ou ARC)
L’idée initiale en revient à monsieur Jarlan (1965), qui a appliqué à la houle (onde de pesanteur) la théorie des ondes acoustiques dans les problèmes d’insonorisation. Le principe général est de créer une chambre, dont la largeur est fonction de la longueur d’onde de la houle incidente, entre une paroi perforée et un mur plein. Une telle solution réduit considérablement le coefficient de réflexion de la houle.
D’une manière générale, on constate que les structures qui permettent d’absorber une bonne part de l’énergie de la houle et qui sont aussi peu réfléchissantes que possible, sont celles qui créent une dissipation de l’énergie par turbulence et un déphasage entre la houle incidente et la houle réfléchie. Il y a à ce niveau une similitude entre les digues en enrochements et les digues verticales à parois perforées (JARLAN, ARC). Elles sont constituées de trois éléments fondamentaux :
- Une paroi extérieure perforée, plane et fine pour les digues verticales, épaisse et rugueuse pour les digues à talus.
- Une chambre de dissipation d’énergie, capable de stocker des volumes d’eau variables. (vide pour les digues verticales, poreuses pour les digues à talus (carapace, filtres...)
- Une paroi étanche pour les digues verticales, un noyau central pour les digues en enrochements.
Les digues partielles fixes ou mobiles
Ces ouvrages de conception plus récente sont exploités dans le cas de profondeurs importantes (exemple : les nouvelles digues du port de Monaco pour des fonds d’environ 60 mètres). Dans ce cas, la digue ne repose pas sur le fond, mais est montée sur pieux pour les digues partielles fixes ou est flottante pour les digues mobiles.
Dans les digues partielles fixes figurent : Le Mur d’eau Fixe (Brevet Bouchet et Manzone 1986), La plaque immergée « mur d’eau oscillant » (Brevet ACRI pour le port de Barcelone), le caisson type ASB 5000, Le BYBOP (Brevet SAIPEM, Colmard et Bélorgey, 1997)
Dans les digues partielles mobiles figurent : la digue à rotule du port de Monaco, le caisson AGRIPEL et plus généralement, l’ensemble des digues flottantes.
Difficultés associées à l’analyse des nouvelles digues
Que ce soit pour les caissons Jarlan et ARC, ou pour les digues partielles fixes ou mobiles, si ces ouvrages présentent des avantages, leur fonctionnement hydraulique est encore mal connu, ce qui pénalise les possibilités d’optimisation.
En effet, à l’intérieur des caissons de ce type, ou au voisinage des structures des digues partielles, la houle génère de la turbulence et des tourbillons qui président au fonctionnement hydraulique et donc à la conception et l’optimisation de ces digues.
De ce fait, l'origine de cette méconnaissance du fonctionnement hydraulique réside dans deux raisons principales :
- Impossibilité pour les études sur modèles réduits, de respecter les conditions de similitude de Froude (pour la houle) et de Reynolds (pour la turbulence).
- La houle étant une onde de gravité, la condition de Froude s'impose : $ F=\frac{U}{\sqrt{gl}} $
- La dissipation de l'énergie par la turbulence au voisinage des orifices impose pour sa part la condition de Reynolds $ R=\frac{UD}{ \nu} $ ($ \nu $ est la viscosité).
- Le respect simultané de ces deux conditions (Froude et Reynolds) conduit à la relation suivante : $ {\nu_{+}}={l_{+}^{1/2}}{g_{+}^{ 1/2}} $
- A la surface de la terre, $ { g}_{+ }=1 $ et pour un même fluide (eau) $ { \nu }_{+ }=1 $ ces conditions imposent un rapport d'échelle égal à l'unité, ce qui à priori rend délicat toute transposition au cas réel des résultats déduits des études sur modèles réduits. D’où la construction de grands canaux à houle pour se rapprocher de l’échelle 1 (GWK de Hanovre).
- Absence, jusqu’à ces dernières années d'une instrumentation non intrusive pour l'analyse du champ des vitesses et du champ turbulent au voisinage de la structure En effet, de par son mouvement orbital, la houle engendre à l'aval d'une sonde matérielle un sillage qui suit le mouvement orbital et donc revient au point de mesure, perturbant ainsi les résultats.
Étude des fonctionnements hydrauliques de ces nouvelles digues
Dès 1980, le Professeur Bélorgey a exploité la vélocimétrie laser et mis au point une technique de mesure pour analyser les vitesses instantanées et les caractéristiques de la turbulence en fonction de la phase de la houle (Bélorgey et al. 1984, 1986, 1987,1989,…..).
Cette technique qui s’est améliorée au cours des années (en particulier avec le développement des logiciels et l’augmentation de la taille des mémoires d’ordinateurs) a permis d’aborder l’analyse du fonctionnement hydraulique de ces structures particulières.
Elles se rapportent toutes aux travaux de chercheurs que le Professeur Bélorgey a encadrés et dirigés (doctorats) : Rousset, Tabet, Caminade et Carpentier pour le caisson JARLAN, Colmard pour la structure BYBOP, Boulier pour le mur d’eau oscillant ACRI, Arsié pour les structures en enrochements).
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